Chương V: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo
2.2 Nghiên cứu lộ trình tiến tới mạng TT vô tuyến 3G & 4G của mạng thông tin vô tuyến trên thế giới
2.2.1 Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E- UTRAN của LTE trong 3GPP
Lộ trình tiến tới mạng TT vô tuyến 3G và 4G đang được tiến hành nghiên cứu và thực nghiệm triển khai trong 3GPP là tổ chức quốc tế chịu trách nhiệm cho
-XXIV-
việc phát triển và hài hoà các tiêu chuẩn được phát hành của UMTS lên 4G UTRA (WCDMA và TD – SDMA). Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 4G được có hai phần: LTE (Long Term Evolution : Phát triển dài hạn) và SAE (System Architecture Evolution : Phát triển kiến trúc hệ thống ) cho phần mạng .
Có thể tóm tắt các nhiệm vụ nghiên cứu của LTE và SAE như sau : 1. Về phần vô tuyến (LTE):
• Cải thiện hiệu suất phổ tần, thông lượng người sử dụng, trễ .
• Đơn giản hoá mạng vô tuyến .
• Hỗ trợ hiệu quả các dịch vụ gói như : MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service - Dịch vụ quảng bá và phát đa hướng đa phương tiện hay còn gọi là dịch vụ quảng bá đa phương tiện) , IMS (IP Multimedia Subsystem - hệ thống con đa phương tiện IP)
2. Về phần mạng (SAE):
• Cải thiện trễ, dung lượng và thông lượng
• Đơn giản mạng lừi
• Tối ưu hoá lưu lượng IP và các dịch vụ
• Đơn giản hoá việc hỗ trợ và các chuyển giao đến công nghệ không phải 3GPP.
Kết quả nghiên cứu của LTE là được chuẩn mạng truy nhập vô tuyến với tên gọi là E- UTRAN (Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network : Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường ).
2.2.2 Lộ trình tiến tới mạng TT vô tuyến 3G & 4G của mạng thông tin vô tuyến trên thế giới.
Từ các tính năng cơ bản của mạng TT vô tuyến hiện tại 3GPP bổ sung các tính năng chung về E-UTRAN và đưa ra lộ trình tiến tới mạng TT vô tuyến 3G&4G như sau:
2.2.2.1 Các tính năng chung của E – UTRAN
• Tốc độ số liệu đỉnh .
E- UTRAN sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể. Tốc độ này được định cơ tuỳ theo kích thước của phổ được ấn định .
E- UTRAN sẽ đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đường xuống lên đến 100Mbps khi băng thông được cấp phát là 20MHz (5bps/Hz) và tốc độ đỉnh đường lên 50 Mbps khi băng thông được cấp phát là 20 MHz (2,5bps/Hz). Vì thế băng thông E- UTRAN sẽ gấp 4 lần băng thông 3G - UMTS.
Lưu ý rằng tốc độ đỉnh có thể phục thuộc vào số lượng anten phát và anten thu lại UE. Các mục tiêu về tốc độ số liệu đỉnh nói trên được đặc tả trong UE
-XXV-
tham chuẩn gồm: (1) khả năng đường xuống với hai anten tại UE, (2) khả năng đường lên với một anten tại UE. Trong trường hợp phổ được dùng chung cho cả đường lên và đường xuống, E- UTRA không phải hỗ trợ tốc độ số liệu đường xuống và đường nói trên động bộ .
• Trễ mặt phẳng C và mặt phẳng U.
Cần giảm đáng kể trễ mặt phẳng điều khiển (Mặt phẳng C) (Chẳng hạn bao gồm trễ chuyển đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái trao đổi số liệu không kể trễ tìm gọi là 100ms), như Hình 2.2
Hình 2.2 -Thí dụ về chuyển đổi trạng thái trong kiến trúc E- UTRAN E- UTRAN phải có thời gian đổi trạng thái nhỏ hơn 10ms (như trong chế độ rừi của R6) vào trạng thỏi tớch cực (như trong R6 Cell- DCH). Nú cũng cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 50ms trạng thái ngủ (như trong R6 Cell PCH) vào trạng thái tích cực (như trong R6 Cell _ DCH).
Cần đảm bảo trễ trong mặt phẳng U nhỏ hơn 10ms. Trễ mặt phảng U được định nghĩa là trễ một chiều giữa một gói tại lớp IP trong EU (hoặc nút biên của UTRAN ) đến lớp IP trong nút biên của UTRAN (hoặc UE). Nút biên của UTRAN là nỳt giao diện UTRAN với mạng lừi. Chuẩn phải đảm bảo trễ mặt phẳng U của E- UTRAN nhỏ hơn 5ms (hình 2.3) trong điều kiện không tải (nghĩa là 1 người sử dụng với 1 luồng số liệu) đối với gói nhỏ (chẳng hạn tải tin bằng khụng cộng với tiờu đề ). Rừ ràng rằng cỏc chế độ ấn định băng thụng của E- UTRAN có thể ảnh hưởng đáng kể lên trễ.
Trạng thái tích cực (Cell_
DCH))
Trạng thái ngủ (Cell_ PCH)
Trạng thái rỗi
<50ms
ơ →
-XXVI-
Hình 2.3 -Trễ mặt phẳng U
• Thông lượng số liệu .
Thông lượng đường xuống trong E- UTRAN sẽ gấp 3 đến 4 lần thông lượng đường xuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một MHz. Cần lưu ý rằng thông lượng HSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tại nút B với tính năng tăng cường và một máy thu trong EU; trong khi đó E- URA sử dụng cực đại hai anten tại nút B và hai anten tại UE.
• Hiệu suất phổ tần .
E- UTRAN phải đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc bit tại biên ô trong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trạm hiện có của UTRAN và EDGE.
Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của E- UTRAN phải gấp 3 đến 4 lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm. Trong đó giả thiết rằng R6 HSDPA sử dụng một anten tại nút B và một máy thu, còn E- UTRA sử dụng 2 anten tại nút B và anten tại nút UE.
Hiệu suất phổ tần kênh đường lên trong E- UTRAN phải gấp 3 đến 4 lần R6 HSDPA tính theo bit/s/ Hz/trạm với giả thiết HSUPA sử dụng 2 anten tại nút B và 1 anten tại UE còn E- UTRAN sử dụng 2 anten tại nút B và 2 anten tại nút UE.
Bảng 2.1 và 2.2 cho thấy so sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng giữa E- UTRAN và HSPA và đường lên .
Bảng 2.1 -So sánh thông số và hiệu suất sử dụng băng tần giữa E- UTRAN trên đường xuống và HSDPA.
HSDPA (R6) LTE Đích LTE đã đạt
Tốc độ đỉnh (Mbps) 14,4 144 100/ đã đạt
Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/số) . 0,75 1,84 3-4 lần HSDPA/ đạt 2,5 Thông lượng người sử dụng biên ô 0,006 0,0148 2- 3 lần HSDPA/ đạt 2,5
Bảng 2.2 -So sánh thông số bvà hiệu suất sử dụng băng tần giữa E- UTRAN trên đường lên và HSDPA.
-XXVII-
HSUPA (R6) LTE Đích LTE /đã đạt
Tốc độ đỉnh (Mbps) 5,7 57 50/ đã đạt
Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/số) 0,26 0,67 2- 3 lần HSUPA/ đạt 2,6 Thông lượng người sử dụng biên ô 0,006 0,015 2- 3 lần HSDPA/ đạt 2,5
• Hỗ trợ di động
Hiệu năng E- UTRAN cần được tối ưu hoá cho các người sử dụng di động tại các tốc độ thấp từ 0 đến 15kmph. Các người di động tại các tốc độ cao từ 15 đến 120kmph cần được đảm bảo hiệu năng cao thoả mãn. Cũng cần hỗ trợ di động tại các tốc độ từ 120kmph đến 350kmph (Thậm chí đến 500kmph phụ thuộc vào băng tần được cấp phát).
• Vùng phủ
E- UTRAN phải hỗ trợ linh hoạt các kịch bản phủ sóng khác nhau trong khi vẫn đảm bảo các mục tiêu đã nêu trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại các đài trạm UTRAN và tần số sóng mang hiện có .
Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần và hỗ trợ di động nói trên phải đáp ứng các ô có bán kính 5km và với giảm nhẹ chất lượng đối với các ô có bán kính 30km.
Như đã nói ở trên E- UTRA phải hoạt động trong các băng thông 1,25 MHz, 2,5MHZ; 5MHz; 15MHz; và 20MHz trên cả đường xuống lẫn đường lên. Cần đảm bảo làm việc cả chế độ đơn băng lẫn song băng.
• MBMS tăng cường.
MBMS (Multimedia Broadcast Service: Dịch vụ đa phương quảng bá đa phương tiện) được đưa vào các dịch vụ của E- UTRAN. Các hệ thống E- UTRAN phải đảm bảo hỗ trợ tăng cường cho MBMS, và đảm bảo các yêu cầu sau : (1) tái sử dụng các phần tử lớp vật lý: để giảm độ phức tạp đầu cuối, sử dụng các phương pháp đa truy cập, mã hoá, điều chế cơ bản áp dụng cho đơn phương cho các dịch vụ MSMB và cũng sử dụng tập chế độ băng thông của UE cho các khai thác đơn phương cho MBMS, (2) thoại và MBMS : giải pháp E- UTRA cho phép tích hợp đồng thời và cung cấp hiệu quả thoại dành riêng vào các dịch vụ MBMS cho người sử dụng; (3) Khai thác MBMS đơn bằng : Phải hỗ trợ phát triển các sóng mang E- UTRA mang các dịch vụ MBMS trong phổ tần đơn băng.
• Triển khai phổ tần .
Yêu cầu E- UTRA làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau đây:
-XXVIII-
1. Đồng tồn tại trên cùng vùng hoặc cùng đài trạm với GERAN/ UTRAN trên các kênh lân cận .
2.Đồng tồn tại trên các kênh lân cận hoặc chồng lấn tại biên giới các nước 3. E- UTRA phải có khả năng hoạt động độc lập (không cần sóng mang khác) . 4. Tất cả các băng tàn đều được cho phép tuan theo phát hành về các nguyên tắc băng tần độc lập.
• Đồng tồn tại và tương tác với các 3GPP RAT .
E- UTRAN phải hỗ trợ tương tácvới cá hệ thống 3G hiện có và với các hệ thống không theo chuẩn 3GPP. E- UTRAN phải đảm bảo khả năng đồng tồn tại giữa các nhà khai thác trong các băng liền kề và trên biên giới.
Sau đây là các yêu cầu cho tương tác mạng :
- Thời gian ngắt để chuyển giao các dịch vụ thời gian thực giữa E- UTRAN và UTRA/ GERAN không được quá 300ms.
- Thời gian ngắt để chuyển giao các dịch vụ phi thời gian thực giữa E- UTRAN và UTRAN/GERAN không được quá 500ms.
• Quản lý tài nguyên vô tuyến .
Như đã đề cập ở trên, quản lý tài nguyên vô tuyến đòi hỏi : (1) hỗ trợ tăng cường QoS cuối đầu cuối ; (2) hỗ trợ hiệu quả truyền các lớp cao; (3) Hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách trên các công nghệ truy cập vô tuyến (RAT)
2.2.2.2 Kiến trúc mô hình E- UTRAN
Các kiến trúc mô hình được các 3GPP WG (nhóm công tác của 3 GPP) đề xuất cho kiến trúc E- UTRAN được trên các hình 2.4, 2.5 và 2.6.
-XXIX-
Hình 2.4 -Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trường hợp không chuyển mạng
Hình 2.5 -Kiến trúc mô hình B2 của E-UTRAN trong đó Rh đảm bảo chức năng chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt
-XXX-
Hình 2.6 -Kiến trúc mô hình E-UTRAN theo TR 23.822
Các đường nối và các vòng tròn không liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của kiến trúc E-UTRAN.
2.2.3 Kế hoạch nghiên cứu phát triển E- UTRAN và lộ trình tiến tới 4G.
2.2.3.1Kế hoạch nghiên cứu phát triển E- UTRAN.
Các vấn đề nghiên cứu được thực hiện trong hai TSG:
1. TSG RAN: Nghiên cứu tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến.
2. TSG SA: Nghiên cứu kiến trúc mạng.
Kế hoạch nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn E-UTRAN được thể hiện trên hình 2.7
-XXXI-
Hình 2.7 -Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN
2.2.3.2 Lộ trình tiến tới 4G.
Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn E-UTRAN được tiến hành trong các E- UTRAN TSG (Technical Specification Group – nhóm đặc tả kỹ thuật), và hình 2.8 cho thấy lộ trình phát triển của 3GPP
Hình 2.8 -Lộ trình phát triển 3GPP.
Hình 2.9 -Lộ trình phát triển các công nghệ TT di động lên 4G
-XXXII-
Trên hình 2.9 là lộ trình phát triển các công nghệ TT di động lên 4G.
Kết luận:
LTE là trong số các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp sau đó sẽ là IMT Adv 4G.
CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO ĐƯỢC ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG TRONG VIỆC XÂY DỰNG MẠNG THÔNG TIN THẾ HỆ
4G